HEAO-1 fue un telescopio de rayos X lanzado en 1977. HEAO-1 escrutó el cielo en la porción de rayos X del espectro electromagnético (0,2 keV – 10 MeV), proporcionando un seguimiento casi constante de las fuentes de rayos X cerca de los polos eclípticos y estudios más detallados de una serie de objetos mediante observaciones que duraban entre 3 y 6 horas. Fue el primero de los tres Observatorios Astronómicos de Alta Energía de la NASA , HEAO 1 , lanzado el 12 de agosto de 1977 a bordo de un cohete Atlas con una etapa superior Centaur , que funcionó hasta el 9 de enero de 1979. Durante ese tiempo, escaneó el cielo en rayos X casi tres veces.
HEAO incluía cuatro instrumentos astronómicos de rayos X y rayos gamma, conocidos como A1, A2, A3 y A4, respectivamente (antes del lanzamiento, HEAO 1 se conocía como HEAO A ). La inclinación orbital era de unos 22,7 grados. HEAO 1 reingresó a la atmósfera terrestre el 15 de marzo de 1979.
El instrumento A1 , o Large-Area Sky Survey (LASS) , cubría el rango de energía de 0,25 a 25 keV, utilizando siete grandes contadores proporcionales. [2] Fue diseñado, operado y administrado en el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) bajo la dirección del Investigador Principal Dr. Herbert D. Friedman, y el contratista principal fue TRW . El Catálogo de Fuentes de Rayos X HEAO A-1 incluía 842 fuentes de rayos X discretas. [3]
El A2 , o Experimento de Rayos X Cósmicos (CXE) , del Centro de Vuelos Espaciales Goddard , cubrió el rango de energía de 2 a 60 keV con alta resolución espacial y espectral. Los investigadores principales fueron el Dr. Elihu A. Boldt y el Dr. Gordon P. Garmire. [4]
El instrumento A3 , o colimador de modulación (MC) , proporcionó posiciones de alta precisión de fuentes de rayos X, lo suficientemente precisas como para permitir observaciones de seguimiento para identificar contrapartes ópticas y de radio. Fue proporcionado por el Centro de Astrofísica ( Observatorio Astrofísico Smithsoniano y el Observatorio de la Universidad de Harvard , SAO/HCO). [5] Los investigadores principales fueron el Dr. Daniel A. Schwartz del SAO y el Dr. Hale V. Bradt del MIT.
El A4 , o Experimento de rayos X duros/rayos gamma de baja energía , utilizó contadores de centelleo de yoduro de sodio (NaI) para cubrir el rango de energía de aproximadamente 20 keV a 10 MeV. [6] Consistía en siete módulos agrupados, de tres diseños distintos, en una matriz aproximadamente hexagonal. [7] Cada detector estaba activamente protegido por centelleadores CsI circundantes, en anti-coincidencia activa, de modo que una partícula extraña o un evento de rayos gamma desde el costado o la parte trasera sería vetado electrónicamente y rechazado. (En los primeros vuelos en globo realizados por experimentadores en la década de 1960, se descubrió que los colimadores o escudos pasivos, hechos de materiales como el plomo, en realidad aumentan la tasa de fondo no deseada, debido a las intensas lluvias de partículas secundarias y fotones producidos por las partículas de energía extremadamente alta (GeV) características del entorno de radiación espacial). Un escudo de centelleo anti-coincidencia de plástico, esencialmente transparente a los fotones de rayos gamma, protegía a los detectores de las partículas cargadas de alta energía que entraban por el frente.
En los siete módulos, los efectos de fondo no deseados de las partículas o fotones que ingresaban por la parte posterior se suprimieron mediante un diseño de "phoswich", en el que el elemento de detección activo de NaI estaba acoplado ópticamente a una capa de CsI en su superficie posterior, que a su vez estaba acoplada ópticamente a un solo tubo fotomultiplicador para cada una de las siete unidades. Debido a que el NaI tiene un tiempo de respuesta mucho más rápido (~0,25 μs) que el CsI (~1 μs), los discriminadores de forma de pulso electrónico podían distinguir los eventos buenos en el NaI de los eventos mixtos acompañados de una interacción simultánea en el CsI.
El detector de mayor tamaño, o de alta energía (HED), ocupaba la posición central y cubría el rango superior de ~120 keV a 10 MeV, con un campo de visión (FOV) colimado a 37° FWHM . Su detector de NaI tenía 5 pulgadas (13 cm) de diámetro por 3 pulgadas (7,6 cm) de espesor. El extremo poder de penetración de los fotones en este rango de energía hizo necesario operar el HED en anticoincidencia electrónica con el CsI circundante y también con los otros seis detectores del hexágono.
Dos detectores de baja energía (LED) se ubicaron en posiciones separadas 180° en lados opuestos del hexágono. Tenían detectores de NaI delgados de ~3 mm de espesor, también de 5 pulgadas (13 cm) de diámetro, que cubrían el rango de energía de ~10–200 keV. Su campo de visión se definió como haces en forma de abanico de 1,7° x 20° FWHM mediante colimadores pasivos de placa de láminas paralelas. Las láminas de los dos LED estaban inclinadas a ±30° con respecto a la dirección nominal de escaneo HEAO, cruzándose entre sí a 60°. Por lo tanto, trabajando juntos, cubrían un amplio campo de visión, pero podían localizar fuentes celestiales con una precisión determinada por sus campos estrechos de 1,7°.
Los cuatro detectores de energía media (MED), con un rango de energía nominal de 80 keV a 3 MeV, tenían cristales detectores de NaI de 7,6 cm (3 pulgadas) de diámetro por 2,5 cm (1 pulgada) de espesor y ocupaban las cuatro posiciones restantes en el hexágono de módulos. Tenían campos de visión circulares con un FWHM de 17°.
Los datos primarios de A4 consistieron en telemetría "evento por evento", que enumeraba cada evento bueno (es decir, no vetado) en los detectores NaI. El experimento tenía la flexibilidad de etiquetar cada evento con su altura de pulso (proporcional a su energía) y una etiqueta de tiempo de uno o dos bytes, lo que permitía cronometrar con precisión objetos como explosiones de rayos gamma y púlsares .
Los resultados del experimento incluyeron un catálogo de las posiciones e intensidades de fuentes de rayos X duros (10-200 keV), [8] una fuerte base observacional para campos magnéticos extremadamente fuertes (del orden de 10 13 G) en las estrellas de neutrones rotatorias asociadas con Her X-1 [9] [10] y 4U 0115+634, un espectro de componentes difusos definitivo entre 13 y 200 keV, el descubrimiento de la forma de ley de potencia del espectro de densidad de potencia de Cygnus X-1 y el descubrimiento de ciclos de intensidad lenta en las fuentes de rayos X SMC X-1 y LMC X-4, lo que resultó en aproximadamente 15 tesis de doctorado y ~100 publicaciones científicas.
El instrumento A4 fue proporcionado y administrado por la Universidad de California en San Diego, bajo la dirección del Prof. Laurence E. Peterson , en colaboración con el grupo de rayos X del MIT , donde se realizó la reducción inicial de datos A4 bajo la dirección del Prof. Walter HG Lewin .
